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　　本節(jié)介紹作者創(chuàng)新驅(qū)動的SZC-3150工具箱包注吹中空成型裝備，研討“注射+中空成型”的注吹中空成型裝備的綠色化特征及創(chuàng)新驅(qū)動的方向和要點(diǎn)。

　　工具箱包的制品特征為厚壁、吹脹比較小、尺寸精度要求不高、利薄。綠塑創(chuàng)新驅(qū)動的方向：縮短成型周期，以提高生產(chǎn)效率;提高成型原料中回料比例;提高資源循環(huán)利用率;簡化成型工藝，降低能耗。

　　1.“擠出+中空成型”工具箱包擠吹中空成型裝備的綠色化缺陷“擠出+中空成型”工具箱包擠吹中空成型裝備的塑化擠出形式，擠出壓力低，需另加注射裝置，才能把熔料從儲料缸內(nèi)射出機(jī)頭形成型胚。

　　◆生產(chǎn)率低。工具箱包的擠出型胚被吹脹成型后，一般不需要冷卻工序。連續(xù)擠出式模頭的型胚的形成時(shí)間依賴于擠出率，時(shí)間較長。整套成型工序按順序進(jìn)行，不利于縮短成型周期，從而難以達(dá)到高生產(chǎn)率而獲得高利潤率。

　　◆適應(yīng)原料能力差。連續(xù)擠出式模頭適用于加工流動性好的塑料，不能加工含有較高比例回料的流動性差的混合塑料，故降低制品原料成本的空間有限。

　　◆能量效率低。擠出計(jì)量精度低于注射塑化計(jì)量精度，溢余的擠出熔融塑料降低了能量效率。

　　2.SZC-3150工具箱包注吹中空成型裝備創(chuàng)新驅(qū)動的主要綠色化特征

　　作者根據(jù)傳統(tǒng)塑料工具箱包擠吹中空成型裝備存在的主要綠色缺陷，創(chuàng)新開發(fā)的“注射+中空吹塑成型”的SZC-3150工具箱包注吹中空成型裝備，注射容量3150cm3，射出壓力30MPa，塑化能力214kg/h,機(jī)頭壓縮比1.5～2，口模錐度150-200，口模最小直徑160mm。

　　2.1注吹中空成型工藝原理

　　注吹成型是注塑和吹塑相結(jié)合的生產(chǎn)大型中空容器的成型方法，是從注塑階段轉(zhuǎn)到另一個吹塑階段的成型方法。成型時(shí)，由注射裝置將熔融的物料在高壓下注射到機(jī)頭內(nèi)腔，口模處熔融物料在高壓推動下擠出口模成型胚。同時(shí)，型胚流經(jīng)口模芯棒的壓縮空氣對型胚進(jìn)行預(yù)吹脹，型胚擠出一定長度，下端封口，型胚達(dá)到規(guī)定長度，被夾緊在模腔內(nèi)，進(jìn)行吹脹貼附模腔表面成型，并經(jīng)迅速冷卻后，脫模而得到中空制品。

　　2.2注吹中空成型機(jī)的綠塑創(chuàng)新驅(qū)動的主要技術(shù)特征

　　高速注射可提高型胚擠出速率，同時(shí)可減少型胚擠出過程中的熱量損失，降低吹脹的空氣壓力，達(dá)到節(jié)能降耗的目的;高壓注射使含有較高比例回料、流動性較差的高分子材料也能順利擠出型胚，提高了資源利用率;注射速率高于擠出速率，可縮短型胚的形成時(shí)間，并有利于提高熔接縫強(qiáng)度;注射結(jié)束后，可立即進(jìn)入塑化工序，實(shí)現(xiàn)制品取出和塑化的兩個工序同步進(jìn)行，不必如擠吹中空成型那樣，等制品取出后才能進(jìn)入擠出塑化的工序，有利于縮短成型周期。

　　注吹中空成型機(jī)由機(jī)械系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、液壓氣動系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)等組成。機(jī)械系統(tǒng)主要由注射塑化部件、機(jī)頭、合模機(jī)構(gòu)、機(jī)頭升降機(jī)構(gòu)等組成，布局類同擠吹中空成型機(jī)。

　　(1)塑化擠出結(jié)構(gòu)

　　把工具箱包擠吹機(jī)的塑化擠出改為塑化注射。塑化注射和導(dǎo)柱的布置形式由普通注塑機(jī)的上下平行式改為橫向同一平面的平行式，以降低塑化注射部件的高度。塑化及注射的動力驅(qū)動源為系統(tǒng)的液壓動力源。

　　注吹中空成型機(jī)與擠吹中空成型機(jī)相比，主要結(jié)構(gòu)的不同之處是塑化擠出及機(jī)頭。擠吹中空成型機(jī)的塑化擠出由擠出機(jī)組成、機(jī)頭相應(yīng)與擠出機(jī)功能匹配。注吹中空成型機(jī)的塑化擠出由注射塑化裝置組成、機(jī)頭相應(yīng)與注射塑化裝置功能匹配。液壓電氣系統(tǒng)和整機(jī)結(jié)構(gòu)與功能匹配。

　　注吹中空成型機(jī)的塑化擠出裝置由加料斗、機(jī)筒螺桿、注射油缸、機(jī)筒加熱圈等組成。塑化擠出布局考慮到大型中空成型機(jī)高度高、徑向尺寸大的特點(diǎn)，應(yīng)盡可能降低注射塑化裝置的中心高、縮短軸向尺寸，以減小整機(jī)外形尺寸。注射機(jī)筒通過聯(lián)接套與機(jī)頭成“┢”型一體排列。塑化裝置根據(jù)其本身塑化容量的特點(diǎn)(塑化容量即相當(dāng)于擠吹中空成型機(jī)機(jī)頭的儲料缸容量)，達(dá)到型胚所需的質(zhì)量。

　　由于注吹中空成型的塑化時(shí)間占成型周期時(shí)間60%～80%，故在各種條件許可范圍內(nèi)，塑化能力盡可能高。

　　低速大扭距液壓馬達(dá)直接驅(qū)動螺桿塑化高效節(jié)能機(jī)構(gòu)。雙缸注射，注射油缸與機(jī)筒螺桿軸心線在同一水平面上的臥式布局，以降低中心高及縮短軸向尺寸。每次塑化行程一般可達(dá)螺桿直徑的5.5倍，物料經(jīng)料斗進(jìn)入機(jī)筒，在螺桿旋轉(zhuǎn)作用下沿螺槽輸送并壓實(shí)，同時(shí)在螺桿剪切熱和外傳導(dǎo)熱作用下，塑化成均勻的熔體聚集在螺桿頭部，在熔體壓力推動下，螺桿邊旋轉(zhuǎn)邊后退，螺桿頭部熔體量逐漸增多，螺桿后退至預(yù)定行程，塑化完成。然后，熔體在螺桿高層推動F，將熔體從聯(lián)接套擠入機(jī)頭。

　　(2)塑化螺桿

　　注吹塑化與注塑塑化不同，注塑塑化的熔融料在料筒中停留的時(shí)間短，對塑化質(zhì)量的要求高，注吹塑化熔體至注射出型胚滯留的時(shí)間是注塑塑化熔體至射進(jìn)模腔時(shí)間的5倍，而且熔融料射出口模，中間再一次被分流而提高塑化質(zhì)量，故對熔融料在料筒內(nèi)的塑化均勻性要求相對低一些，所以以提高塑化能力為主設(shè)計(jì)螺桿結(jié)構(gòu)，長徑比取20，可適當(dāng)增大均化段槽深，以提高塑化能力。塑化和注射兩個功能為一體的螺桿，塑化行程可取螺桿直徑的5.5倍。

　　(3)聯(lián)接套

　　聯(lián)接套是把機(jī)筒和機(jī)頭聯(lián)接成一體的機(jī)筒形零件，外包加熱圈及裝置熱電偶。主要有3種作用：熔體射進(jìn)機(jī)頭的過渡通道;濾網(wǎng)安裝體，如制品有特殊需要，可以在聯(lián)接體內(nèi)腔安裝過濾網(wǎng);補(bǔ)料，每次注射完熔料，聯(lián)接體內(nèi)腔仍充滿熔體，對型胚具有補(bǔ)料作用。

　　(4)整移油缸

　　整移油缸是整體移動注射塑化裝置及機(jī)頭。一種作用是調(diào)節(jié)機(jī)頭與模具分型面中心位置相一致。另一種作用，把機(jī)頭移至注射裝置方向的最終位置，以便安裝模具及裝拆機(jī)頭口模。

　　(5)機(jī)頭

　　機(jī)頭是保證型胚質(zhì)量的重要裝置。注吹中空成型機(jī)機(jī)頭由口模開關(guān)油缸與機(jī)頭組成，機(jī)頭由機(jī)頭體、芯棒、過渡板、分流板、口模、調(diào)節(jié)螺釘、加熱控溫裝置等組成。注吹中空成型機(jī)與擠吹中空成型機(jī)的機(jī)頭相比，最大不同之處：前者注射油缸安置于注射塑化裝置上，后者擠出油缸安置于機(jī)頭上;前者機(jī)頭內(nèi)腔無儲料缸，后者機(jī)頭內(nèi)腔設(shè)置儲料缸。

　　為提高型胚質(zhì)量，開發(fā)了環(huán)形雙支管中心入料式機(jī)頭，保證型胚各點(diǎn)受壓和射出口模速度一致。熔體在高壓下注射機(jī)頭入口處，被分成兩股在水平方向流經(jīng)環(huán)形雙支管分流板上半圓形支管，然后在分流板的中心再次融合，壓入圓錐形分流芯棒，流經(jīng)多孔過渡板進(jìn)入內(nèi)腔，口模處熔料在壓力推動下擠射出口模成型胚，同時(shí)壓縮空氣流經(jīng)芯棒內(nèi)通道進(jìn)入型胚進(jìn)行預(yù)吹脹。這種功能表明了：環(huán)形雙支管中心入料式分流板保證了各熔體單元受壓一致，圓錐形分流芯棒保證各熔體單元的速度一致，從這兩方面保證了型胚注射出口模不扭曲及周邊不變形。

　　口模開關(guān)油缸。設(shè)置于機(jī)頭上方?？刂菩团弑诤窈烷_關(guān)口模的兩種作用。根據(jù)成型制品的不同要求，其密封形式有所不同。如需對型胚進(jìn)行伺服多點(diǎn)控制，密封圈應(yīng)選用摩擦力小、反應(yīng)靈敏的材料及型式，如格來圈、斯特等。如不需對型胚進(jìn)行多點(diǎn)控制，如成型工具箱、箱包，采用普通型式的密封圈已滿足其性能要求。調(diào)節(jié)活塞行程，達(dá)到調(diào)節(jié)口模的行程的目的，即控制口模和芯捧之間的間隙?；钊麠U與機(jī)頭為剛性聯(lián)接，為隔絕機(jī)頭內(nèi)腔熔體熱量傳至油缸，聯(lián)接處采用隔熱設(shè)計(jì)并加以水冷卻?？谀：陀透左w之間為剛性聯(lián)接，油缸體對活塞作相對移動。口模在開關(guān)油缸的作用下塑化時(shí)，向下移動，關(guān)閉口模;注射時(shí)，向上移動，打開口模。型胚壁厚通過調(diào)節(jié)口模打開間隙進(jìn)行控制;周向壁厚均勻性通過調(diào)整螺釘調(diào)節(jié)口模間隙來控制。

　　(6)節(jié)能型液壓動力驅(qū)動系統(tǒng)

　　由油泵和驅(qū)動油泵電機(jī)、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液壓元件、冷卻系統(tǒng)等組成。降低液壓系統(tǒng)的能耗是降低整機(jī)能耗的關(guān)鍵。根據(jù)注吹中空成型機(jī)的成型特點(diǎn)，把注塑機(jī)的液壓系統(tǒng)的高效節(jié)能的先進(jìn)技術(shù)用于注吹中空成型機(jī)的液壓系統(tǒng)上，以提高性能、降低能耗。

　　成型工具箱包的注吹中空成型機(jī)液壓動力源采用高壓小容量及中壓大容量雙聯(lián)泵，雙泵滿足快速移模、快速注射的要求。小泵滿足機(jī)頭液壓升降、低速移模、高壓鎖模、口模開關(guān)、整體移動、低速注射的要求。鎖模壓力由小泵工作壓力控制，故對小泵工作壓力可控制，以根據(jù)制品要求提供合適的鎖模力，保護(hù)模具。雙聯(lián)泵合理組合，可降低泵和電機(jī)的容量、降低整機(jī)的裝載功率。

　　對于超大型的注吹中空成型機(jī)，液壓動力源可采用多泵多電機(jī)組合的方式，為每個執(zhí)行動作提供合適的流量和壓力，達(dá)到降低能耗的目的。

　　(7)氣壓動力驅(qū)動系統(tǒng)

　　由空氣壓縮機(jī)、控制執(zhí)行系統(tǒng)的氣動元件等組成?？諝鈮嚎s機(jī)為氣動系統(tǒng)動力源。

　　成型工具箱包的注吹中空成型機(jī)的氣動執(zhí)行動作有兩個：預(yù)吹脹和模具吹脹制品成型。頂出可用機(jī)械頂出，也可用氣動頂出。機(jī)械頂出可節(jié)省頂出時(shí)間，即減少周期循環(huán)時(shí)間。制品成型—模具打開—模板后退，碰到機(jī)械頂出桿，制品被頂出落下。夾料、出料、撐料、下吹氣等氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)成型制品要求，進(jìn)行設(shè)置。

　　(8)制品冷卻系統(tǒng)

　　由冷凍機(jī)及有關(guān)匹配元件、氮?dú)饫鋮s裝置等組成成型工具箱、箱包，采用冷凍機(jī)裝置已滿足要求，冷凍水溫為5～l0℃。對于厚壁、超大型制品，還需對中空制品內(nèi)腔進(jìn)氮?dú)饫鋮s，以保證制品質(zhì)量和縮短冷卻時(shí)間，甚至需要采用冷凍水噴霧冷卻。

　　(9)電氣控制系統(tǒng)

　　注吹中空成型機(jī)高度一般在2m以上。注射部分位于整機(jī)最上面，注射部分需控制的參數(shù)較多：行程、多級注射速度及壓力;塑化背壓。為進(jìn)行精確控制及控制方便，注射/塑化位置部分采用位移傳感器，對參數(shù)變化的位置進(jìn)行精確控制。

　　鎖模部分位于整機(jī)底座上。工具箱、箱包成型后，一般為人工取出。所控制的參數(shù)：行程、低速移模、高速移模、低壓護(hù)模、高壓低速鎖模、高壓低速開模。根據(jù)此特點(diǎn)，鎖模部分采用位移傳感器或感應(yīng)開關(guān)均可。

　　整體移動的位移控制。此功能很少動作，采用普通限位開關(guān)即可?？谀Ｓ透椎拈_閉控制。采用感應(yīng)開關(guān)控制，可達(dá)到精確控制。

　　機(jī)頭升降和整體移動，為獨(dú)立調(diào)整動作，采用手動控制。

　　為適應(yīng)注射的高速高壓的擠出型胚，增加模心調(diào)節(jié)桿的強(qiáng)度。優(yōu)化心型包絡(luò)流道，提高熔接縫強(qiáng)度。

　　(10)安全保護(hù)裝置

　　最重要是冷機(jī)啟動保護(hù)，在機(jī)頭內(nèi)冷料未完全成熔體，不能注射，否則會拉斷內(nèi)?；蛐景?。機(jī)筒內(nèi)冷料未完全成熔體，不能塑化，否則會扭斷螺桿。機(jī)頭內(nèi)和機(jī)筒內(nèi)的冷料完全成熔體后，才可啟動整機(jī)進(jìn)行成型循環(huán)動作。

　　3.SZC-3150工具箱包注吹中空成型裝備的主要綠色化特征

　　工具箱包注吹機(jī)的成型實(shí)例。工具箱包(外形：410mm×340mm×120mm。型胚：2000g。)的成型周期由常規(guī)的30s縮短到18s，成為國內(nèi)成型同類工具箱包的周期時(shí)間最短、成型原料中回料比例最高的工具箱包中空成型機(jī)。

　　3.1大幅度減少換色時(shí)間

　　注吹中空成型機(jī)的機(jī)頭內(nèi)無貯料缸。儲料在注射機(jī)筒內(nèi)進(jìn)行，創(chuàng)新開發(fā)的對稱環(huán)型雙支管中心入料式機(jī)頭的結(jié)構(gòu)，機(jī)頭內(nèi)腔各有關(guān)零件表面都為流線型結(jié)構(gòu)，縮短了換色時(shí)間，約為同規(guī)格擠吹中空成型機(jī)換色時(shí)間的一半。同時(shí)減少了廢料，降低社會能耗。

　　3.2型胚質(zhì)量重復(fù)精度高

　　型胚質(zhì)量主要取決于塑化量的重復(fù)精度。注射塑化量精度由塑化行程精度而定，塑化行程精度的控制精確且直觀，能夠得到精確保證。擠出塑化受到螺桿轉(zhuǎn)速和塑化時(shí)間兩個主要因素的限定，而這兩個因素受到干擾較多，精度控制差，影響到型胚質(zhì)量的重復(fù)精度。注射速度的變化達(dá)到控制型胚壁厚，省卻了擠吹裝置專門配備的控制型胚壁厚的液壓驅(qū)動系統(tǒng)。

　　3.3注射塑化效率高

　　注射螺桿頭部有止逆環(huán)結(jié)構(gòu)，注射時(shí)熔體回流量幾乎可忽略不計(jì)，注射效率極高。注射塑化，背壓僅起到調(diào)節(jié)塑化質(zhì)量的作用，不影響塑化效率。

　　3.4塑化性能好

　　可方便地調(diào)節(jié)背壓，控制熔料的塑化質(zhì)量。

　　3.5塑化能耗低

　　塑化同樣的原料，相對于擠出螺桿，注射螺桿長徑比、壓縮比小，故驅(qū)動扭矩小，降低了裝載功率和驅(qū)動能耗。注射塑化為軸向移動式，螺桿在塑化過程中與熔料接觸面逐漸減小，扭矩也逐漸減少，故單位時(shí)間的能耗在逐漸降低。注射塑化，機(jī)筒不需空氣冷卻裝置。注射塑化從上述3方面，比擠出塑化降低能耗約降低20%。

　　3.6熔體熔合線強(qiáng)度高

　　提高HDPE熔體溶合線強(qiáng)度，是機(jī)頭設(shè)計(jì)研究的主要課題，其最有效的方法是延長熔體在機(jī)頭內(nèi)滯留時(shí)間，以克服熔體的“彈性記憶”效應(yīng)，減小熔體粘度對溫度的敏感性，擴(kuò)寬熔體流MWD分布性。注吹中空成型機(jī)的注射塑化和機(jī)頭的自身特殊結(jié)構(gòu)，從塑化的熔體到被注射出口模，要經(jīng)過5個以上成型周期，熔體在機(jī)頭內(nèi)腔滯留4個以上成型周期，使熔體內(nèi)分子得到充分時(shí)間重新排列分布、提高了熔體熔合線的強(qiáng)度，提高了型胚表面質(zhì)量。機(jī)頭內(nèi)無貯料缸，大幅度降低了機(jī)頭內(nèi)熔體的徑向厚度，降低了熔體徑向的溫度梯度，保證了型胚被擠出后不產(chǎn)生內(nèi)部熔體破裂現(xiàn)象。

　　3.7型胚壁厚控制多樣化

　　型胚壁厚調(diào)整有以下3種：改變內(nèi)口模的間隙;改變注射速度或注射壓力，從而改變型胚的壓射速率，借以改變型胚的離模膨脹率;調(diào)節(jié)預(yù)吹脹壓縮空氣的P、V值，達(dá)到改變型胚壁厚的目的。

　　3.8生產(chǎn)率提高，能耗降低

　　使用同樣合模結(jié)構(gòu)的擠吹中空成型機(jī)成型本例中的工具箱包，注吹中空成型比擠吹中空成型的生產(chǎn)率提高約40%，能耗降低約30%。

　　結(jié)語

　　作者通過介紹創(chuàng)新驅(qū)動的SZC-3150工具箱包注吹中空成型裝備，說明了隨著塑料中空容器綠色化持續(xù)發(fā)展的需要及綠色應(yīng)用空間的擴(kuò)大，只有創(chuàng)新驅(qū)動中空成型設(shè)備才能滿足及拓展中空容器的“現(xiàn)實(shí)需求”和“潛在需求”。